(绝杀2023)高考物理 模拟+权威预测 专题十九波粒二象性 原子结构和原子核
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【绝杀2013】2013届高考物理模拟+权威预测:专题十九波粒二象性原子结构和原子核【模拟演练】1.(2012·银川模拟)如图为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是()A.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子能量最大B.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子频率最小C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应2.(2012·昌平模拟)北京时间2011年3月11日13时46分,在日本本州岛附近海域发生里氏9.0级强烈地震,地震和海啸引发福岛第一核电站放射性物质泄漏,其中放射性物质碘131的衰变方程为13153I―→13154Xe+Y.根据有关放射性知识,下列说法正确的是()A.Y粒子为β粒子B.13153I的半衰期大约是8天,则若取4个碘原子核,经16天就一定剩下1个碘原子核了C.生成的13154Xe处于激发态,还会放射γ射线,γ射线的穿透能力最强,电离能力也最强D.13153I中有53个质子和131个中子3.(2012·宝鸡模拟)在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(22286Rn),由于衰变它放出一个粒子,此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆,大圆与小圆的直径之比为42∶1,如图所示,那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个()13\nA.22286Rn―→22287Fr+0-1eB.22286Rn―→21884Po+42HeC.22286Rn―→22285At+01eD.22286Rn―→22085At+21H4.(2012·徐州模拟)下列说法中正确的是()A.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应B.原子核式结构模型是由汤姆孙在α粒子散射实验基础上提出的C.放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态没有关系D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的伤害5.(2012·广州模拟)如图为氢原子的能级示意图,图中①、②、③分别表示氢原子由所处激发态向低能级的跃迁,跃迁时所发射的光子的频率分别为ν1、ν2、ν3.下列说法正确的是()A.ν1<ν2B.ν2<ν3C.ν1=ν2+ν3D.ν3=ν1+ν26.(2012·嘉兴模拟)如图所示,铅盒A中装有天然放射性物质,放射线从其右端小孔中水平向右射出,在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场(不计射线粒子的重力),则下列说法中正确的有()A.打在图中a、b、c三点的依次是β射线、γ射线和α射线13\nB.α射线和β射线的轨迹是圆弧C.α射线和β射线的轨迹是抛物线D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向上的匀强电场,则屏上的亮斑可能只剩下b7.(2012·东城区模拟)一块含23892U(铀238)的矿石质量为M,其中23892U的质量为m.已知23892U的半衰期为T,则下列说法正确的是()A.经过时间2T后这块矿石中基本不再含有23892U了B.经过时间2T后矿石中的23892U有发生了衰变C.经过时间2T后该矿石的质量剩下D.经过时间3T后矿石中23892U的质量还剩8.(2012·延庆模拟)用光子能量为E的一束单色光照射处于基态的一群氢原子,这群氢原子吸收光子后能发出6种不同频率的光,在这6种光中(h是普朗克常数,c是真空中光速)()A.频率最低的光,频率是B.光子能量最小的光,频率是C.在真空中波长最大的光,波长是D.频率为的光在水中的折射率最大9.(2012·嘉兴模拟)三个原子核X、Y、Z,X核放出一个正电子后变为Y核,Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核.则下面说法正确的是()A.X核比Z核多一个质子B.X核比Z核少一个中子C.X核的质量数比Z核质量数大3D.X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍10.(2012·台州模拟)用图示装置研究光电效应现象,阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连,当滑动头P从a移到c的过程中,光电流始终为零.为了产生光电流,可采取的措施是()A.增大入射光的强度B.增大入射光的频率C.把P向a移动D.把P从c向b移动11.(2012·13\n西城区模拟)一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子,同时放出一个γ光子.已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4,普朗克常量为h,真空中的光速为c.下列说法中正确的是()A.这个反应的核反应方程是21H+31H―→42He+10n+γB.这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应C.辐射出的γ光子的能量E=(m3+m4-m1-m2)c2[D.辐射出的γ光子的波长λ=12.(2011·太原模拟)下列说法正确的是()A.157N+11H―→126C+42He是α衰变方程B.11H+21H―→32He+γ是核聚变反应方程C.23892U―→23490Th+42He是核裂变反应方程D.42He+2713Al―→3015P+10n是原子核的人工转变方程13.(2011·海淀区模拟)下列说法中正确的是()A.实物粒子只具有粒子性,不具有波动性B.卢瑟福通过α粒子散射实验现象,提出了原子的核式结构模型C.光波是概率波,光子在前进和传播过程中,其位置和动量能够同时确定D.在工业和医疗中经常使用激光,是因为其光子的能量远大于γ光子的能量14.(2012·太原模拟)正电子断层显像发射计算机(PET).它的基本原理是:将放射性同位素15O注入人体,参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图象.根据PET原理,回答下列问题:(1)写出15O的衰变的方程式___________________________________.(2)将放射性同位素15O注入人体,15O的主要用途()A.利用它的射线B.作为示踪原子C.参与人体的代谢过程D.有氧呼吸(3)设电子质量为m,电量为q,光速为c,普朗克常量为h,则探测到的正负电子湮灭后生成的光子的波长λ=_________.(4)PET中所选的放射性同位素的半衰期应___________.(填“长”、“短”或“长短均可”)13\n15.(2012·盐城模拟)(1)原子核的比结合能与质量数的关系如图所示.核子组合成原子核时____________.A.小质量数的原子核质量亏损最大B.中等质量数的原子核质量亏损最大C.大质量数的原子核质量亏损最大D.不同质量数的原子核质量亏损相同(2)在核反应堆中用石墨做慢化剂使中子减速,中子以一定速度与静止碳核发生正碰,碰后中子反向弹回,则碰后碳核的运动方向与此时中子运动的方向__________(选填“相反”或“相同”),碳核的动量___________(选填“大于”、“等于”或“小于”)碰后中子的动量.(3)氢原子的能级如图所示.氢原子从能级n=3向n=1跃迁所放出的光子,正好使某种金属材料产生光电效应.有一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属.求该金属的截止频率和产生光电子最大初动能的最大值.普朗克常量h=6.63×10-34J·s,结果保留两位有效数字.【高考预测】黑体辐射、光电效应、波粒二象性、原子结构、能级、光谱、天然放射性衰变、半衰期、核反应方程、核能计算是高中物理重要的知识点,是高考考查的重点,高考命题经常与其他知识综合命题,常以新情境来考查,一般为选择题或填空题,难度中等或偏易.对该部分内容的命题预测点如下:13\n考查知识及角度高考预测黑体辐射、光电效应4原子结构、能级1、3、7、8天然放射性衰变、半衰期5、9核反应方程、核能计算2、61.许多物质在紫外线照射下能发出荧光,紫外线照射时,这些物质的原子先后发生两次跃迁,其能量变化分别为ΔE1和ΔE2,则下列说法正确的是()A.两次跃迁均向高能级跃迁,且ΔE1>ΔE2B.两次跃迁均向低能级跃迁,且ΔE1<ΔE2C.先向高能级跃迁,再向低能级跃迁,且ΔE1>ΔE2D.先向低能级跃迁,再向高能级跃迁,且ΔE1<ΔE22.太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量,这些能量以电磁波(场)的形式向四面八方辐射出去,其总功率达到3.8×1026W.根据爱因斯坦的质能方程估算,单纯地由于这种辐射,太阳每秒钟减少的物质质量的数量级最接近于()A.1018kgB.109kgC.10-10kgD.10-17kg3.原子从一个高能级跃迁到一个较低的能级时,有可能不发射光子.例如在某种条件下,铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子,使之能脱离原子,这一现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化表示为式中n=1,2,3,……表示不同能级,A是正的已知常数,上述俄歇电子的动能是()A.AB.AC.AD.A4.如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象.由图象可知()A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hν0C.入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为ED.入射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为5.23692U经过一系列α衰变和β衰变,最后变成20882Pb,衰变方程可写为:23692U―→20882Pb+nα13\n+kβ+γ,则()A.n=7,k=4B.n=5,k=0C.n=6,k=4D.n=4,k=76.中子和质子结合成氘核时,质量亏损为Δm,相应的能量ΔE=Δmc2=2.2MeV是氘核的结合能.下列说法正确的是()A.用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核不能分解为一个质子和一个中子B.用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和为零C.用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和为零D.用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和不为零7.如图所示,氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,辐射出能量为2.55eV的光子,问:(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量,才能使它辐射上述能量的光子?(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图.8.原子可以从原子间的碰撞中获得能量,从而发生能级跃迁(在碰撞中,动能损失最大的是完全非弹性碰撞).一个具有13.6eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰.(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图所示)?(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离,则氢原子的初动能至少为多少?13\n9.一个静止的氮核147N俘获一个速度为2.3×107m/s的中子生成一个复核A,A又衰变成B、C两个新核.设B、C的速度方向与中子速度方向相同,B的质量是中子的11倍,速度是106m/s,B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比为RB∶RC=11∶30.求:(1)C核的速度大小;(2)根据计算判断C核是什么核;(3)写出核反应方程.答案解析【模拟演练】1.【解析】选A、D.大量的氢原子处于n=4的激发态,向低能级跃迁有多种可能,由C42=6得6种可能,选项C错;跃迁时能级能量差越大辐射出的光子能量也就越大,选项A对;n=4能级向n=3能级跃迁时产生的光子能量最小,B错;n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光能量为10.2eV,能使金属铂发生光电效应,选项D对.2.【解析】选A.根据电荷数和质量数守恒可得Y为电子,A对;β衰变同时放出γ射线,γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱,C错;半衰期是描述大量原子核衰变快慢的物理量,是大量原子核的统计规律,少数原子核就没有这样的规律,选项B错.13153I中有53个质子,78个中子,D错.【误区警示】解答本题易产生的两个误区(1)γ射线总是伴随着α、β衰变同时进行的,是衰变反应产生的处于激发态的新原子核跃迁时释放的能量.(2)半衰期是描述衰变快慢的物理量,是大量的原子核的统计结果.3.【解析】选B.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r=13\n因为衰变满足动量守恒,且衰变前原核静止,故衰变后两核圆运动半径之比为电荷量的反比.又因为衰变后径迹为两外切圆,且衰变后瞬间两带电粒子速度反向,故衰变后两核均为正电荷,故只有B项正确.【方法技巧】如何分析磁场中的α、β衰变问题(1)抓住几个要点:两圆相切点即衰变点;左手定则判断α衰变径迹为两外切圆、β衰变径迹为两内切圆,其中大圆为α、β粒子的径迹;衰变时由动量守恒可得α、β粒子与新核动量大小相等.(2)选用对应规律:该问题涉及到的知识点较多,应用的规律也较多,要注意选择对应规律.4.【解析】选C、D.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应,A错;原子核式结构模型是由卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出的,B错;放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的,跟原子所处的物理状态和化学状态没有关系,C对;利用γ射线的穿透能力和高能量治疗肿瘤,严格控制剂量使其能量不至于太大,以免对人体正常组织造成太大的伤害,D对.5.【解析】选C.根据氢原子能级跃迁的能量差可以判断放出的光子频率大小为ν1>ν2>ν3,且hν1=hν2+hν3,则ν1=ν2+ν3,A、B、D错,C对.6.【解析】选B.根据左手定则可得打在a、b、c三点的射线分别是α、γ、β射线,A错.α、β粒子在磁场中做圆周运动,C错,B对.再加一个竖直向上的匀强电场,则α、β粒子向上、下偏转更大,D错.7.【解析】选D.含23892U质量为m的矿石中的铀238发生衰变,变成的新核质量和没有发生衰变的部分质量仍存在于矿石中,减少的质量就是释放出的射线粒子质量,再根据半衰期的定义即可以判断出,A、B、C错,D对.【误区警示】解答本题容易出现以下错误:(1)矿石质量为M与23892U的质量为m相混淆导致错误.(2)对半衰期理解不清,将矿石中铀的剩余质量误认为发生衰变的质量而导致错误.8.【解析】选D.辐射光子能量最大为E,又E=hν,故最大频率为A、B错.最小波长为λ=C错.频率最大为ν=折射率最大,D对.9.【解析】选C、D.依题意写出核反应方程为:yxX―→yx-1Y+0+1eyx-1Y+11H―→y-3x-2Z+42He,由上述方程得X核比Y核多一个质子,Y核比Z核多一个质子,所以X核比Z核多两个质子,X核比Z核中子数多1,故选项A、B错.X核与Y核质量数相等,Y核比Z核质量数多3,选项C对.由题意可知X、Y、Z原子核的电荷数分别为qX、qY、qZ,则qX=qY+e,qY=qZ+e,则qX+qZ=2qY,故D正确.【方法技巧】判断多个核变化时中子数和质子数变化的方法(1)写出各个核变化方程,找质子数和中子数之间的联系.13\n(2)根据电荷数守恒、质量数守恒列方程组,即可找出各个核之间质子数、中子数之间的关系.10.【解析】选B.由题图可看出当滑动头P在a、c之间移动时,光电管上加正向电压,在a点时正向电压最大都没有光电流,说明没有产生光电效应,所以只有增大入射光的频率,才能产生光电流,A、C错,B对;当滑动头P在c、b之间移动时,光电管上加反向电压,更不能产生光电流,D错.11.【解析】选A.这是一个核聚变反应,方程是21H+31H42He+10n+γ,所以A对,B错.辐射出的γ光子的能量为E=(m1+m2-m3-m4)c2,C错.γ光子的波长D错.12.【解析】选B、D.选项A和D都是原子核人工转变方程,A错,D对;B表示核聚变反应方程,选项B对;C表示衰变方程,选项C错.13.【解析】选B.实物粒子既具有粒子性,又具有波动性,A错;卢瑟福通过α粒子散射实验现象,提出了原子的核式结构模型,B对;光波是概率波,光子在前进和传播过程中,其位置和动量不能够同时确定,满足不确定性关系,C错;激光的频率小于γ光子的频率,因而能量小于γ光子的能量,D错.14.【解析】(1)15O衰变的方程式为:158O―→157N+01e.(2)15O在人体内的主要用途是作为示踪原子,B正确.(3)正负电子湮灭后生成一对光子,释放的核能为:ΔE=2m·c2,所以ΔE=2m·c2=光子的波长(4)PET中所选的放射性同位素的半衰期应短,便于测量.答案:(1)158O―→157N+01e(2)B(3)(4)短15.【解析】(1)选B.根据原子核的比结合能与质量数的关系图线可得,中等质量数的原子核比结合能最大,所以核子组合成中等质量数的原子核时质量亏损最大,释放能量最大.故正确答案为B.(2)取中子开始运动的方向为正方向,根据动量守恒可得,p中子=-p′中子+p碳核,所以p碳核>0,且p碳核=p中子+p′中子,则碰后碳核的运动方向与此时中子运动的方向相反,并且p碳核>p′中子.(3)依题意得:E3-E1=hν解得:ν=2.9×1015Hz13\n根据能级图可得,由n=4向n=1跃迁所放出的光子照射金属产生光电子的初动能最大,根据爱因斯坦光电方程得:Ek=hν-W0=(E4-E1)-(E3-E1)得:Ek=0.66eV答案:(1)B(2)相反大于(3)2.9×1015Hz0.66eV【高考预测】1.【解题指南】理清分析思路,分析物理现象:(1)首先是紫外线照射时受激跃迁到较高的能级.(2)然后是自发跃迁辐射可见光到较低的能级.【解析】选C.第一次跃迁是吸收紫外线光子,跃迁到较高能级,第二次跃迁是放出可见光光子.由于hν1>hν2,故ΔE1>ΔE2,C项正确.2.【解析】选B.太阳每秒钟辐射的总能量ΔE=P·t=3.8×1026J,由质能方程ΔE=Δmc2,每秒钟减少的质量Δm=≈4×109kg,故选B.3.【解析】选C.先计算铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时应释放的能量:ΔE=E2-E1=n=4能级上的电子要电离所需的能量E4=则n=4能级上的电子得到ΔE的能量后,首先需要能量使之电离,然后多余的能量以动能的形式存在,所以Ek=ΔE-E4=选项C正确.【误区警示】本题易产生的误区为:根据n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时释放的能量转给n=4能级上的电子使之电离脱离原子,误认为从n=2跃迁到n=1能级时释放的能量全部转化为俄歇电子的动能,从而导致不能得出正确结论4.【解析】选A、B、C.根据爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0,分析图象可得:W0=E=hν0,只有当入射光频率ν>ν0,才能发生光电效应,当ν=2ν0时,Ek=hν0,所以选项D错,A、B、C正确.5.【解析】选A.由核反应方程23692U―→20882Pb+nα+kβ+γ,根据电荷数和质量数守恒可得:2n-k+82=92,4n+208=236,解得n=7,k=4,选项A对.6.【解析】选A、D.用能量小于或等于结合能的光子照射氘核时,氘核一定不能分解,所以A正确,B错误.用能量大于结合能的光子照射氘核时,氘核可能分解,只要分解,分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了),所以C错误,D正确.13\n7.【解析】(1)氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,辐射光子的频率应满足:hν=En-E2=2.55eVEn=hν+E2=-0.85eV所以n=4基态氢原子要跃迁到n=4的能级,应提供的能量为ΔE=E4-E1=12.75eV.(2)辐射跃迁图如图所示.答案:(1)12.75eV(2)见解析图8.【解析】(1)设运动氢原子的速度为v0,完全非弹性碰撞后两者的速度为v,损失的动能ΔE被基态氢原子吸收.若ΔE=10.2eV,则基态氢原子可由n=1跃迁到n=2.由动量守恒和能量守恒有:mv0=2mv①②③Ek=13.6eV④解①②③④得,ΔE==6.8eV因为ΔE=6.8eV<10.2eV.所以不能使基态氢原子发生跃迁.(2)若使基态氢原子电离,则ΔE=13.6eV,13\n代入①②③得Ek=2ΔE,所以Ek=27.2eV.答案:(1)不能(2)27.2eV9.【解析】(1)设中子的质量为m,则氮核的质量为14m,B核的质量为11m,C核的质量为4m,根据动量守恒可得:mv0=11mvB+4mvC,代入数值解得vC=3×106m/s.(2)根据带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径公式可得:所以又qC+qB=7e解得:qC=2e,qB=5e,所以C核为42He.(3)核反应方程为147N+10n―→115B+42He.答案:(1)3×106m/s(2)42He(3)147N+10n―→115B+42He【方法技巧】核变化与动量守恒、能量守恒综合问题的分析方法(1)明确核变化规律,写出核反应方程.(2)核变化中释放的核能一部分转化为粒子的动能,另一部分辐射γ光子.(3)核变化过程中遵循动量守恒定律.13
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